skb分配和释放流程

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skb分配和释放流程

skb的分配释放流程涉及到的主要内容有：网卡环的实现，skb在协议栈的传送流程，slab的实现。每个部分的内容都很多，本文档忽略实现的细节，目的是给出一个基本的流程。

首先从网卡驱动层开始分析，以e1000e驱动为例，如图1所示

图1 网卡对skb分配和释放

R1：内核分配skb，并将其加入rx_ring，用于接收数据包；

R2：网卡接收网络数据，并将数据写入R1中分配的skb；

R3：内核接收R2中的skb，此时R2中的skb已经脱离rx_ring，最后内核会执行R1操作，以补充skb。

T1：内核将要发送的skb写入环tx_ring；

T2：网卡发送T1中写入的skb；

T3：内核释放已经发送的skb。

补充说明：

1）其中__alloc_skb()，e1000_receive_skb()，dev_kfree_skb()都是在软中断中执行，e1000e网卡驱动在**e1000_clean()执行以上3个函数。

2）这里的__alloc_skb()和dev_kfree_skb()并没有分配和释放的对应关系。

图2说明内核对skb分配和释放流程。

图2 内核对skb分配和释放操作

K1：从skbuff高速缓存中获得一个skb，但是skb并不是用来存储数据包的，数据包存储在skb->data指向的内存块，这个内存块是在通用高速缓存中获取的；

K2：从通用高速缓存中获取一个内存块；

K3：得到K1，K2分配的两个内存块；

K4：进入内核的处理流程；

K5：内核发送一个数据包；

K6：由于某种原因，内核将会释放从K4中传入的skb，此时调用kfree_skb()释放skb；

K7：网卡驱动调用dev_kfree_skb释放已经发送的skb，函数实现上与kfree_skb()基本一样；

K8：将skb释放回skbuff高速缓存；

K9：将内存块释放回通用高速缓存。

补充说明：

1） skbuff高速缓存和通用高速缓存的逻辑结构如图3，图4所示，图2所示的skb和内存块就是图3中物理页集中的某块内存。图5是skbuff高速缓存详细结构，图6是skb在内核的传递流程。

图3 高速缓存逻辑结构-1

图4 高速缓存逻辑结构-2

*图5 skbuff高速缓存详细结构*

1） 内核通过free和num个kmem_bufctl_t标志位找到空闲的skb。

2） 通过skb可以得到对应的page结构，通过page的lru可以找到对应的slab和kmem_cache，这样只要知道skb的首地址就可以回收这个skb。

3） kmalloc()和kfree是通用高速缓存的分配和释放函数。

图6 skb在内核中的传递流程

kfree_skb()只在skb->users为1的情况下才释放内存，否则只简单地递减skb->users，因此假设SKB有三个引用者，那么只有第三次调用dev_kfree_skb()或kfree_skb()时才释放内存。

dev_kfree_skb()只是一个简单调用kfree_skb()的宏。
__ kfree_skb绕过了对skb引用计数的判断，一般来说，在内核中函数名前面加 __的都提示要小心使用，也就是它略去了一些检查，于是在调用这类函数之前要做检查。
kfree()调用了slab_free()并不会释放skb的线性区及分片等。